Etude par mesure du bruit Barkhausen de la microstructure et de l'état de contrainte d'aciers biphasés : application aux aciers pour tôle automobile

Barkhausen noise measurement study of the microstructure and the stress state of two-phase steels

• Auteur / Autrice : Aurélie Amalric
• Direction : Jacques Merlin, Xavier Kleber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Barkhausen, Effet

Martensite

Ferrites (matériaux magnétiques)

Acier

Microstructure (physique)

Résumé

Dans le but de réduire les émissions de CO2 dans l'atmodphère, la réduction du poids des véhicules automobiles correspond à un enjeu actuel primordial. Dans ce contexte, l'utilisation d'aciers multiphasés tels que les aciers Dual Phase ou les aciers TRIP constitue une solution pour améliorer les propriétés mécaniques des pièces de structure et de renfort, tout en dimunuant leur poids. Ce type de nuances se compose d'une matrice ferritique au sein de laquelle sont dispersés des îlots de différents constituants tels que la martensite, la bainite ou l'austénite résiduelle. Bien que de nombreuses méthodes expérimentales permettent aujourd'hui d'étudier de façon globale ce genre de microstructures, il apparaît plus difficile de caractériser chaque phase en particulier. Dans cet optique, la mesure du bruit Barkhausen est une technique magnétique tout à fait adaptée à ce genre d'investigation. En effet, la réponse Barkhausen dépend principalement de deux facteurs : l'état microstructural et l'état de contrainte. Ainsi, à chaque constitutant métallurgique correspond une réponse Barkhausen spécifique qui est influencée par son état de contrainte. En outre, cette technique non destructive pourrait éventuellement être utilisée sur des pièces en service ou en ligne. Après avoir identifié les spécificités des réponses Barkhausen de microstructures simples - ferrite, perlite, martensite - nous avons montré que cette technique permet d'évaluer les proportions et la composition des constituants dans des aciers biphasés ferrite-martensite car la présence de martensite entraîne une modification du champ local dans la ferrite. Ces résultats ont ensuite été appliqués au cas des aciers Dual Phase industriels laminés à chaud et à froid. Par analogie avec les résultats précédents, l'évaluation des proportions de phases est aussi réalisable dans les nuances industrielles, même si celle-ci est moins précise dans ce type de nuance, excepté dans le cas où celles-ci sont micro-alliées. Concernant les microstructures TRIP - dont la spécificité réside dans la présence d'austénite résiduelle - étant donné la complexité de cette microstructure, la réponse Barkhausen n'apparaît pas comme un outil adapté au suivi de la déstabilisation de cette phase lors de la déformation plastique. Par contre, elle constitue une méthode efficace de contrôle des transformations de phases lors des recuits appliqués à ce type d'aciers. L'évaluation des contraintes internes dans chacune des phases de nuances biphasées ferrite-martensite est délicate à effectuer par les méthodes usuelles. Dans le cadre de ces travaux, nous avons caractérisé la sensibilité de la réponse Barkhausen de chacune de ces phases à la contrainte uniaxiale. La nature des contraintes résiduelles engendrées par déformation plastique dans chacun des constituants, a été identifiée par mesure du bruit Barkhausen. Les résultats obtenus sont en accord avec la répartition des contraintes dans chacune des phases. Ces résultats laissent espérer une forte potentialité de la technique pour l'étude de l'état de contrainte dans chacune des phases d'aciers industriels Dual Phase, sous réserve d'un étalonnage préalable.

In order to reduce the CO2 emissions, the weight reduction of automotive parts by using multiphase steels such as Dual Phase or TRIP ones, corresponds to one solution. The Barkhausen noise measurement, which is sensitive to microstructure but also to stress state, seems to be a potential non destructive evaluation technique for the study of this kind of steels. After having identified the specificities of the Barkhausen responses of monophased microstructures, we have shown that this technique is available for the evaluation of the proportions and the composition of the constituents in ferrite-martensite two-phased steels. These results have been applied to the case of industrial Dual Phase and TRIP steels. Then, we have characterized the sensitivity of the Barkhausen response of each phase to the uniaxial stress. The kind of residual stresses introduced by plastic deformation in each constituent, has been identified.